專利名稱：安裝在液化氣運(yùn)輸船舶或者液化氣終端上的氣體焚燒爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及氣體焚燒爐這一領(lǐng)域，尤其涉及安裝在液化氣運(yùn)輸船舶或者液化氣終端上的氣體焚燒爐裝置。
背景技術(shù)：
一般地，液化氣運(yùn)輸船舶，例如用于輸送石油或者天然氣的船舶，包括用于存儲(chǔ)處于大氣壓下并且溫度大約為-160℃下的液化氣的罐。雖然裝有貨物的罐是隔熱體，但是由于熱量能夠穿透隔熱體，所以一部分貨物連續(xù)蒸發(fā)，通常蒸發(fā)的數(shù)量級(jí)為每天0.1％至0.3％。
而當(dāng)罐在途中時(shí)，液化氣蒸汽可以有利地用作推動(dòng)船舶的燃料。當(dāng)液化氣蒸汽不用于推動(dòng)的目的時(shí)，或者當(dāng)存在這種過(guò)量的蒸汽時(shí)，規(guī)定需要通過(guò)燃燒或者通過(guò)液化來(lái)除去過(guò)量的氣體，因?yàn)椴辉试S任何液化氣蒸汽直接進(jìn)入大氣中。
在船舶上安裝液化器通常是非常復(fù)雜和昂貴的，所以在大多數(shù)情況下實(shí)行的解決方式都是燃燒掉過(guò)量的氣體蒸汽。因此，需要在船上安裝用于絕對(duì)安全地焚燒氣體的裝置，特別是不允許出現(xiàn)明焰，同時(shí)還需要在比大約450℃更低的溫度下排出燃燒氣體，這一點(diǎn)是有效的規(guī)則所允許的。
為了滿足這些限制條件，液化氣運(yùn)輸船舶到現(xiàn)在才裝配了蒸汽渦輪機(jī)推動(dòng)系統(tǒng)，其中液化氣蒸汽在推動(dòng)系統(tǒng)的鍋爐中燃燒。鍋爐產(chǎn)生的蒸汽直接導(dǎo)入渦輪機(jī)用于推動(dòng)船舶，或者導(dǎo)入蒸汽/水冷凝器，假定蒸汽的數(shù)量超過(guò)船舶需要的能量的話。在這種情況下，鍋爐同時(shí)作為用于推動(dòng)系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生器，并且在船舶的能量需求很小時(shí)用作過(guò)量液化氣蒸汽的焚燒爐。
然而，不幸的是，用于液化氣運(yùn)輸船舶的蒸汽渦輪機(jī)推動(dòng)型式存在很大的缺陷，具體是效率低，具體地說(shuō)，即比燃?xì)獠裼蜋C(jī)推動(dòng)系統(tǒng)、燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)乃至慢速或者重型柴油燃料系統(tǒng)還低的效率；體積大，對(duì)于船體的給定的體積而言，大的體積減少了貨物可用的體積；以及推動(dòng)技術(shù)不同尋常，這會(huì)使維修和員工培訓(xùn)存在難度。
因此目前推動(dòng)型式被替換成燃燒氣體的柴油機(jī)推動(dòng)系統(tǒng)、氣體渦輪機(jī)或者操作重質(zhì)燃料的柴油機(jī)。不幸的是，這些推動(dòng)系統(tǒng)不能用于焚燒過(guò)量的液化氣蒸汽。因此需要將它們與用于焚燒這種燃?xì)獾奶囟ㄑb置相連。
甚至對(duì)于不使用天然氣蒸汽作為燃料并且通常連接液化器的慢速柴油機(jī)而言，分級(jí)公司(classification companies)仍然需要一個(gè)或多個(gè)焚燒爐以便執(zhí)行兩種功能第一功能涉及除去天然氣蒸汽的富含氮?dú)獾倪@部分，因?yàn)檫@部分的液化在經(jīng)濟(jì)上是不可行的；第二功能涉及在液化器出現(xiàn)故障時(shí)除去所有的蒸汽。
因此，甚至對(duì)于不使用蒸汽推動(dòng)的可以燃燒從罐中泄漏的蒸汽的船舶而言，分級(jí)公司仍然需要用于焚燒蒸汽的附加裝置。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中用于焚燒氣體或者蒸汽的船上裝置101的高度概略的視圖。
裝置101包括燃燒室103和煙囪111。燃燒室103包括加熱器主體105，加熱器主體105具有一個(gè)或多個(gè)被放入燃燒室103外殼中的燃燒器147，其中燃燒室103的尺寸通常大于煙囪111的尺寸。因此，燃燒室103由連接零件116經(jīng)由用于補(bǔ)償膨脹作用的柔性連接件108連接至煙囪111。
為了使煙囪111的出口處的氣體113的溫度到達(dá)可接受的溫度，向燃燒室103供給過(guò)量空氣以便燃燒器147的火焰131中出來(lái)的熱氣與冷空氣混合。這種冷卻燃燒并稀釋的空氣由被馬達(dá)113a、113b驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇107a、107b送入燃燒室103中。
為了迫使熱氣和冷空氣之間的混合，湍流器135可選擇地放入燃燒室103中或者煙囪111中。這些湍流器135需要使用耐火材料制成，例如耐火鋼或者磚，但是它們的購(gòu)買或者保持都很昂貴。
利用環(huán)境空氣用于同時(shí)保證燃燒和稀釋有時(shí)會(huì)需要考慮通過(guò)兩列風(fēng)扇分離這兩種功能。第一列風(fēng)扇107a和107b主要用于供給燃燒空氣，而由馬達(dá)114驅(qū)動(dòng)的第二列風(fēng)扇108用于供給稀釋空氣。由這些風(fēng)扇108輸送的冷空氣的注入點(diǎn)通常位于燃燒室103的較高部分處，因此除了其它之外，還可以減少壓頭損失。
燃燒器147由引燃火焰132點(diǎn)火，該引燃火焰132由用于氣體或者燃料油的分離的回路進(jìn)行供給。這會(huì)導(dǎo)致額外的費(fèi)用，不論在購(gòu)買還是維修期間，并且使用附加的燃料會(huì)導(dǎo)致著火的危險(xiǎn)。引燃火焰132自身由電火花塞171點(diǎn)火。
隔膜151可選擇地放置得與燃燒器147平齊，以便優(yōu)化圍繞它們的空氣的分布并且生成湍流從而″捕獲″火焰131。
除了其它之外，為了避免出現(xiàn)人員被燒傷的風(fēng)險(xiǎn)，燃燒室和煙囪111在內(nèi)部或者外部上包上了隔熱體104。
為了安全起見(jiàn)，向燃燒器147供給氣體的線路157裝配有兩個(gè)切斷閥161和163，當(dāng)在燃燒器147處檢測(cè)不到火焰131時(shí)可以使這兩個(gè)閥閉合。另外，為了滿足安全的需要，放置第三閥173來(lái)將夾在這兩個(gè)閥161和163之間的任何氣體導(dǎo)向通風(fēng)口。
輸送至焚燒爐101中用于處理的氣體的流速通常由調(diào)節(jié)閥159控制。
為了處理燃?xì)夤芫€157中的瞬時(shí)現(xiàn)象，例如當(dāng)改變發(fā)動(dòng)機(jī)或者液化器的操作速度時(shí)，緩沖罐181可以可選擇地放置在閥159、161和163的上游。緩沖罐181用來(lái)衰減燃?xì)夤芫€157中的壓力變化，例如，使得可以啟動(dòng)如下的次序，即在能夠打開(kāi)閥159、161和163之前點(diǎn)燃焚燒爐101，以便燒掉燃?xì)夤芫€157中的過(guò)量氣體。
緩沖罐181在用于供給發(fā)動(dòng)機(jī)或者液化器的管線的最小壓力和最大壓力之間操作，這兩個(gè)壓力組成的壓力范圍相對(duì)較小，數(shù)量級(jí)為幾百千帕(kPa)。因此緩沖罐181必須具有非常大的體積，通常為幾十立方米(m3)，因此就出現(xiàn)了成本和體積這個(gè)因素。
除了燒掉從船舶的罐中出來(lái)的不會(huì)由推動(dòng)系統(tǒng)消耗掉也沒(méi)有被液化器液化的天然氣蒸汽之外，在維修操作期間也使用船上的焚燒爐甲烷罐來(lái)除去天然氣和惰性氣體的混合物。
當(dāng)罐內(nèi)部需要維修操作時(shí)，它們儲(chǔ)存的天然氣必須先由惰性氣體替換然后由空氣替換。
在清空最后的液化天然氣貨物后，通過(guò)使一部分氣體經(jīng)過(guò)換熱器在閉合回路中循環(huán)對(duì)仍然裝滿了天然氣蒸汽的罐逐漸地進(jìn)行最初的加熱。為了在加熱操作期間使罐保持恒壓，一部分蒸汽在船舶的推動(dòng)系統(tǒng)中或者由焚燒爐101燒掉。
一旦罐中的溫度接近環(huán)境溫度，由船舶的惰性氣體發(fā)生器供給的氮?dú)夂投趸細(xì)怏w的混合物噴射進(jìn)入罐中排出天然氣蒸汽。天然氣蒸汽和惰性氣體的混合物排空到焚燒爐101中以便在其中燃燒。因?yàn)檫@種混合物的甲烷含量可以比較少，尤其是操作快結(jié)束時(shí)，通常燃燒不同的燃料例如燃料油的輔助支持火焰(引燃火焰132)被用于保證混合物燃燒，因此增大了著火的風(fēng)險(xiǎn)。
另外，專利DE10211645中描述了安裝在船舶上的氣體焚燒爐，它具有兩個(gè)燃燒室和煙囪。燃燒空氣經(jīng)由徑向風(fēng)扇或者鼓風(fēng)機(jī)供給燃燒室，經(jīng)由徑向風(fēng)扇供給稀釋空氣。燃燒室和煙囪之間的連接位于所述燃燒室的出口處，因此具有與煙囪排出的熱氣相同的溫度，所以萬(wàn)一斷裂，就存在熱氣漏泄進(jìn)入焚燒爐所位于的房屋的風(fēng)險(xiǎn)。
另外，除了熱燃?xì)饴┬沟娘L(fēng)險(xiǎn)之外，現(xiàn)有技術(shù)中的焚燒爐裝置還存在其它幾個(gè)缺陷。
這種裝置笨重并且壓頭損失較大，需要具有較大功率的風(fēng)扇和馬達(dá)。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明旨在通過(guò)提供體積較小并且易于安裝到液化氣運(yùn)輸船舶上或者離岸的燃?xì)饨K端上的氣體焚燒爐裝置，來(lái)消除上述的缺陷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是簡(jiǎn)化焚燒爐裝置的構(gòu)造，以便提高可靠性和安全行，易于維修并減小成本。
這些目的可以通過(guò)如下的氣體焚燒爐裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該氣體焚燒爐裝置包括具有用于產(chǎn)生燃燒氣體的加熱器主體的燃燒室，為加熱器主體供給冷空氣以保證燃燒的至少一個(gè)風(fēng)扇，以及用于排出燃燒氣體和冷空氣的混合物的排氣煙囪，裝置的特征在于，燃燒室在排氣煙囪中的安裝方式如下，從而使燃燒室和排氣煙囪之間留下環(huán)狀風(fēng)道以流過(guò)從所述至少一個(gè)風(fēng)扇過(guò)來(lái)的燃燒冷空氣和/或冷卻空氣流，所述燃燒室具有多個(gè)噴射孔和/或管，用于使環(huán)狀風(fēng)道中流動(dòng)的一部分冷空氣噴射到燃燒室中。
因此，不需要連接并且燃燒室和煙囪之間不需要匹配零件和柔性耦合。通過(guò)消除熱氣經(jīng)過(guò)耦合發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)提高了安全性，并且也減小了成本和壓頭損失。
另外，這簡(jiǎn)化了焚燒爐的制造者(燃燒室的供給者)和造船者(建造排氣煙囪)之間的交接，由此減少了成本的損失。
排氣煙囪可以固定至第一支件，并且燃燒室可以固定至第二支件。
在一個(gè)變體中，排氣煙囪固定至第一支件，燃燒室通過(guò)由環(huán)狀風(fēng)道中的氣流冷卻的懸掛裝置懸掛在排氣煙囪中。
有利的是，所述燃燒室具有多個(gè)噴射孔和/或管，用于使環(huán)狀風(fēng)道中流動(dòng)的一部分冷空氣噴射到燃燒室中。
對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)方面，裝置具有布置在燃燒室上方的多個(gè)管或筒，用于將從至少一個(gè)風(fēng)扇過(guò)來(lái)的冷空氣生成的吸入作用從外部吸進(jìn)另外的冷空氣。
有利的是，裝置包括促使冷空氣和燃燒氣體之間的混合的湍流器，所述湍流器安裝在所述多個(gè)管的一部分上。
依照本發(fā)明的另一方面，裝置包括至少第一水路，第一水路在它的端部具有容納在所述多個(gè)管的至少一個(gè)管的內(nèi)部的第一噴霧嘴，第一噴霧嘴將水噴射進(jìn)入燃燒氣體和冷空氣形成的混合物中。
依照本發(fā)明的另外一個(gè)方面，裝置包括圍繞排氣煙囪的頂部安裝并且通過(guò)吸入作用吸入另外的環(huán)境空氣流的附加的風(fēng)道。
裝置可以包括至少一個(gè)第二水路，第二水路在它的端部具有容納在所述附加的風(fēng)道內(nèi)部的第二噴霧嘴。
依照本發(fā)明的特征，加熱器主體由提供高流速的主回路和提供低流速的輔助回路獨(dú)立地供給氣體，主和輔助回路連接至燃?xì)夤芫€。
主回路由第一和第二閥控制，如果所述至少一個(gè)風(fēng)扇發(fā)生故障，該第一和第二閥就在壓力檢測(cè)器的控制下關(guān)閉，或者如果不能點(diǎn)火，就通過(guò)火焰檢測(cè)器關(guān)閉。
輔助回路由第三和第四閥控制，如果所述至少一個(gè)風(fēng)扇發(fā)生故障，第三和第四閥就在壓力檢測(cè)器的控制下關(guān)閉。
有利的是，裝置包括緩沖罐，其中，緩沖罐經(jīng)過(guò)第五和第六閥與燃?xì)夤芫€連通以便控制它的壓力，或者經(jīng)由第三、第四和第五閥與加熱器主體連通以用于減壓。
本發(fā)明還提供了一種具有液化氣罐并且包括具有上述特性的焚燒爐裝置的裝罐船舶。
本發(fā)明還提供了一種包括具有上述特性的焚燒爐裝置的燃?xì)饨K端。


閱讀下面通過(guò)非限制性的指示和參照附圖給出的說(shuō)明，就會(huì)理解本發(fā)明的焚燒爐裝置、船舶和燃?xì)饨K端的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是本發(fā)明的氣體焚燒爐裝置的高度概略的視圖；圖2是包括圖1的焚燒爐裝置的船舶的高度概略的視圖；并且圖3是現(xiàn)有技術(shù)的氣體焚燒爐裝置的高度概略的視圖。
具體實(shí)施例方式
依照本發(fā)明，圖1是氣體焚燒爐裝置1的高度概略的視圖，該焚燒爐裝置適用于安裝在液化氣運(yùn)輸船舶上或近海的氣體式終端上。焚燒爐裝置1包括具有用于產(chǎn)生燃燒氣體的加熱器主體5的單個(gè)燃燒室3，為加熱器主體5供給冷空氣9以保證燃燒的至少一個(gè)風(fēng)扇7a、7b，以及用于排出燃燒氣體和冷空氣9的混合物13的排氣煙囪11。
在圖1的實(shí)例中，焚燒爐裝置1在燃燒室3的下方并且在軸線上具有兩個(gè)風(fēng)扇7a和7b。風(fēng)扇7a和7b可以由兩個(gè)馬達(dá)13A和13b驅(qū)動(dòng)。從風(fēng)扇7a、7b出來(lái)的冷空氣9經(jīng)由風(fēng)箱15送入燃燒室3中。為了使裝配操作更容易并且減少振動(dòng)的傳遞，風(fēng)箱15經(jīng)由柔性套筒17連接至風(fēng)扇7a和7b。
為了使在萬(wàn)一風(fēng)扇7a或7b之一發(fā)生故障時(shí)可以部分操作，止回閥19可選擇地位于風(fēng)扇7a、7b的出口從而使在操作中通過(guò)風(fēng)扇7a、7b鼓入的所有冷空氣導(dǎo)向燃燒室3。
依照本發(fā)明，燃燒室3安裝在排氣煙囪中，安裝的方式是使燃燒室3和排氣煙囪11之間留下環(huán)狀的風(fēng)道21從而輸送從風(fēng)扇7a、7b過(guò)來(lái)的燃燒冷空氣9a和/或冷卻空氣流。圍繞著加熱器主體5的燃燒室具有多個(gè)注射管29b和/或孔29a，使在環(huán)狀風(fēng)道11中流動(dòng)的一部分冷空氣9a能夠接近加熱器主體5的注射到其中的火焰31，從而使所述冷空氣與燃燒氣體混合。換句話說(shuō)，注入管29b和孔29a將冷空氣直接注入熱流中，由此來(lái)混合所述冷空氣9a與熱流。應(yīng)該注意到，使用相同的風(fēng)扇來(lái)供給環(huán)狀風(fēng)道21和燃燒室3的內(nèi)部，可以簡(jiǎn)化并且減小安裝的成本和電能消耗。
優(yōu)選燃燒室3的幾何形狀與排氣煙囪11的相同(例如圓柱形狀)，并且直接地插在排氣煙囪11的底部。除了其它之外，這還可以消除燃燒室3和排氣煙囪11之間的任何高溫連接件和適配件的使用。另外，環(huán)狀風(fēng)道21提供的機(jī)械間隙使得更易于將燃燒室3插入并且安裝在排氣煙囪11中。
在此實(shí)例中，煙囪11經(jīng)過(guò)包括柔性套筒17的調(diào)整器連接在環(huán)狀間隔21中。因此，可以經(jīng)過(guò)在接近環(huán)境(通常比100℃低)的溫度下操作的調(diào)整器來(lái)進(jìn)行連接，從而使得可以使用比較便宜的裝置例如增強(qiáng)的薄板金屬風(fēng)箱。另外，萬(wàn)一發(fā)生泄漏也幾乎不存在風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槁┬故怯赏瑯咏咏h(huán)境溫度的空氣構(gòu)成的。
另外，這簡(jiǎn)化了焚燒爐的制造者和通常供給排氣煙囪11的造船者之間的交接。燃燒室3和排氣煙囪11之間的環(huán)狀風(fēng)道或間隔21既用作風(fēng)道，用于朝向燃燒室3頂部輸送一部分稀釋空氣9，還用作熱屏蔽，使排氣煙囪11底部的壁保持在不會(huì)對(duì)船舶的人員產(chǎn)生危險(xiǎn)的溫度下，并且沒(méi)有它就需要求助于昂貴和笨重的絕緣體。
環(huán)狀風(fēng)道21中流動(dòng)的冷空氣9a也用來(lái)冷卻燃燒室3的壁，由此可以使用便宜的材料，從而不需要特殊隔熱體的保護(hù)。
因此，從下方向燃燒室3供給稀釋空氣和燃燒空氣，并且也經(jīng)由環(huán)狀風(fēng)道21經(jīng)過(guò)燃燒室3的圓周供給另外的稀釋空氣。
因?yàn)橥ㄟ^(guò)風(fēng)扇7a、7b輸送的所有空氣(燃燒空氣和稀釋空氣)穿過(guò)燃燒室3，或者在進(jìn)入注入管或孔29b、29a之前流過(guò)燃燒室的圓周，所以可以利用不耐火的材料。
參看實(shí)例，當(dāng)氣體焚燒爐裝置1在船舶上時(shí)(也可以見(jiàn)圖2)，排氣煙囪11可以在船舶的上甲板24a處支撐或固定至第一支撐件23a。然而，燃燒室3、加熱器主體5和風(fēng)箱15可以固定至船舶中間甲板24b處的第二支件23b上，而風(fēng)扇7a和7b可以固定至下甲板24c的第三支件23c處。通過(guò)這些配置，造船者供給的煙囪11獨(dú)立于燃燒室3、加熱器主體5、風(fēng)箱15、和風(fēng)扇7a、7b進(jìn)行支撐，其中燃燒室3、加熱器主體5、風(fēng)箱15、和風(fēng)扇7a、7b這些都是焚燒爐制造者供給的設(shè)備的零件，由此簡(jiǎn)化了造船者和設(shè)備制造者之間的機(jī)械交接。
應(yīng)該注意到，因?yàn)榕艢鉄焽?1固定在第一支件23a上，因此它向下圍繞燃燒室3伸得足夠遠(yuǎn)，從而保證柔性連接17不會(huì)暴露在熱氣13中，而是暴露給在通過(guò)這種方式在燃燒室3和煙囪之間形成的環(huán)狀風(fēng)道21中流動(dòng)的冷空氣流9a中，其中柔性連接17將排氣煙囪連接至風(fēng)箱15和燃燒室3，燃燒室3機(jī)械連接至支件23b。
在一個(gè)變體中，燃燒室3可以通過(guò)懸掛裝置25懸掛在排氣煙囪11中，該懸掛裝置優(yōu)選設(shè)置在燃燒室3的冷卻部中并且通過(guò)環(huán)狀風(fēng)道21中流動(dòng)的冷空氣9a冷卻。
在另一個(gè)變體中，排氣煙囪11、燃燒室3、加熱器主體5和風(fēng)箱15可以固定至中間甲板或上甲板處的公共支件(23a或23b)。
應(yīng)該注意到，這些途徑使得可以使用排氣煙囪11或燃燒室3之間的機(jī)械分界面27，并且支件23a或23b的結(jié)構(gòu)可以是簡(jiǎn)單的。因?yàn)槔淇諝饬?a在環(huán)狀風(fēng)道21中流動(dòng)，所以這些機(jī)械分界面27保持在接近環(huán)境溫度的溫度下。
另外，焚燒爐裝置1具有布置在燃燒室3上方的多個(gè)管或筒33，用于借助由風(fēng)扇7a、7b過(guò)來(lái)的冷空氣9生成的吸入作用從外部吸進(jìn)另外的冷空氣9b。
因此，另外的稀釋空氣經(jīng)由與排氣煙囪11的外部連接的多個(gè)管33吸入熱氣中。因?yàn)檫@些管33的長(zhǎng)度較短，通常大約為排氣煙囪11直徑的五分之一，所以它們對(duì)于吸入的空氣幾乎不存在壓頭損失，由此可以輸送非常大的一部分稀釋空氣流，通常為10％至20％。這種配置可以省略與燃燒室3的較高部分有關(guān)的風(fēng)扇的安裝，從而簡(jiǎn)化了安裝。
另外，焚燒爐裝置1可以包括湍流器35，用于促使燃燒氣體與冷空氣進(jìn)行混合。湍流器35可以安裝在多個(gè)管33的一部分上。有利的是，湍流器35可以由一些管33來(lái)支撐，以便吸入的冷空氣9b可以用于對(duì)它進(jìn)行冷卻。因此就不需要借助于隔熱體或使用昂貴的耐火材料制造湍流器35。
對(duì)于排氣煙囪11的出口處的給定排氣溫度，為了減小風(fēng)扇7a、7b的尺寸，焚燒爐裝置1可以包括至少第一水路37，該水路37在它的端部具有容納在多個(gè)管33的至少一個(gè)管的內(nèi)部的第一噴霧嘴39。第一噴霧嘴39將水噴射進(jìn)入燃燒氣體和冷空氣的混合物中以便通過(guò)部分或完全蒸發(fā)來(lái)對(duì)混合物進(jìn)行冷卻。
應(yīng)該注意到這種方法使水能夠噴射到熱氣的中央同時(shí)又避免使噴嘴39暴露在高溫下，因?yàn)閲娮煳挥诶淇諝馕牍?3內(nèi)部從而僅僅與接近環(huán)境溫度的空氣直接接觸。可以可選擇地利用海水，同時(shí)減小鹽沉積、堵塞或腐蝕水環(huán)路和噴嘴的所有風(fēng)險(xiǎn)。
焚燒爐裝置1可以可選擇地包括圍繞排氣煙囪11的頂部安裝的附加風(fēng)道41，通過(guò)抽吸作用將其它環(huán)境空氣流引入熱氣中。
在這種情況下，焚燒爐裝置1可以包括第二水路43，第二水路43在它的端部具有容納在所述的附加風(fēng)道41內(nèi)部的第二噴霧嘴45，從而獲得更低的卷流溫度。
因此，燃燒室3的壁的冷卻通過(guò)以下途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，即主要通過(guò)燃燒室外表面的強(qiáng)制對(duì)流熱交換，同時(shí)通過(guò)熱流中的冷空氣風(fēng)道33來(lái)冷卻熱氣，再加上有可能存在的水路37、43分噴射進(jìn)行的冷卻。附加的冷空氣和水與熱氣的混合通過(guò)由冷空氣和水噴射風(fēng)道29a、29b和37、43生成的湍流以及湍流器35來(lái)保證。
應(yīng)該注意到環(huán)狀風(fēng)道21和燃燒室3內(nèi)部的壓力差非常低，通常為100帕斯卡(Pa)即1毫巴(mbar)的數(shù)量級(jí)。首先，經(jīng)過(guò)風(fēng)箱供給空氣使熱氣從燃燒室3下部混合，混合的比例大約為″70″。其次，通過(guò)湍流和經(jīng)由管或孔29a、29b、33或湍流器35生成的冷空氣的附加供給使熱氣混合。
因此，因?yàn)槿紵鲝南路揭源蠹s為70的比例過(guò)量供給，所以熱氣的平均溫度最低大約為700℃。結(jié)合通過(guò)環(huán)狀風(fēng)道21對(duì)燃燒室的壁進(jìn)行的冷卻作用，熱氣溫度可以降低到大約最低為550℃，由此可以對(duì)這個(gè)腔室使用非耐火材料例如不銹鋼。
加熱器主體5還包括在火焰檢測(cè)系統(tǒng)49例如包括紫外線檢測(cè)元件的控制下點(diǎn)火的一個(gè)或多個(gè)燃燒器47。
隔膜51可選擇地放置得與燃燒器47齊平，以便優(yōu)化在那附近的空氣的分布并且生成湍流以便捕獲火焰。
加熱器主體5也以獨(dú)立的方式通過(guò)提供高流速的主回路53和提供低流速的輔助回路55供給氣體。主回路55和輔助回路53例如通過(guò)船舶的燃?xì)夤芫€57進(jìn)行供給(見(jiàn)圖2)。從燃?xì)夤芫€57送至焚燒爐裝置1的氣流由調(diào)節(jié)閥59調(diào)節(jié)。
因此，加熱器主體5的燃燒器47從燃?xì)夤芫€57經(jīng)由對(duì)應(yīng)于兩個(gè)不同流速范圍的兩個(gè)支流進(jìn)行供給。
主回路或支路53由第一和第二閥61和63控制，如果風(fēng)扇7a、7b發(fā)生故障，該第一和第二閥61和63在壓力傳感器或檢測(cè)器65的控制下關(guān)閉，或者如果燃燒器47不能點(diǎn)火，就通過(guò)火焰檢測(cè)器49關(guān)閉。
不同的是，輔助回路或支路55由第三和第四閥67和69控制，如果風(fēng)扇7a、7b發(fā)生故障，第三和第四閥67和69就在壓力檢測(cè)器65的控制下關(guān)閉。
當(dāng)輸送至焚燒爐1的燃?xì)夂心苁顾牲c(diǎn)火器71(例如電火花塞)點(diǎn)火的足夠甲烷，從而導(dǎo)致燃燒并且產(chǎn)生由火焰檢測(cè)器49可檢測(cè)到的火焰31時(shí)，高速流、主回路或支路53用于正常操作。
為了進(jìn)一步的安全起見(jiàn)，任何時(shí)候如果火焰檢測(cè)器49沒(méi)有檢測(cè)到火焰31，不管是由于何種原因，第一和第二閥61和63就關(guān)閉并且安全閥73打開(kāi)從而將夾在兩個(gè)閥61和63之間的氣體排至通風(fēng)口。
然而，因?yàn)榉贌隣t1必須能夠處理不易燃的天然氣和甲烷的混合物，所以本發(fā)明的裝置在高流速主回路53關(guān)閉時(shí)可以使用輔助回路55來(lái)向燃燒器47輸送氣體混合物，即使氣體混合物是不易燃的。噴射進(jìn)入燃燒室3的這種氣體混合物使用由風(fēng)扇7a、7b和管33以及風(fēng)道41輸送的空氣進(jìn)行稀釋?；旌衔镏械募淄楹窟M(jìn)一步減小可以保證從排氣煙囪11中漏出的氣體的甲烷含量確實(shí)處于不會(huì)引起爆炸的范圍之內(nèi)。
因此，當(dāng)焚燒爐裝置1這樣操作時(shí)，點(diǎn)火器71可以有規(guī)律地啟動(dòng)以便重新點(diǎn)燃混合物，如果它再次變成可燃的話，例如使船舶上裝有惰性氣體罐轉(zhuǎn)換到裝有天然氣蒸汽的另一個(gè)罐中。如果燃燒繼續(xù)，那么火焰31可以再次被火焰檢測(cè)器49檢測(cè)到，從而允許主回路53的第一和第二閥61和63再次打開(kāi)，并且使罐的氣體流速更大以有利于處理。
這可以自動(dòng)保證天然氣和惰性氣體的混合物僅僅通過(guò)低速的稀釋或者通過(guò)高速的燃燒進(jìn)行處理，這里假定混合物很濃。這用來(lái)優(yōu)化使罐成惰性的或者重新裝滿氣體的操作所需要的時(shí)間長(zhǎng)度。
當(dāng)焚燒爐裝置1在稀釋方式下操作時(shí)，萬(wàn)一風(fēng)扇7a、7b發(fā)生故障并且不再保證混合物被充分稀釋時(shí)，就只能依靠閉合第三和第四閥67和69來(lái)獲得安全了。這種安全可以通過(guò)壓力傳感器65來(lái)控制，其中，壓力傳感器65經(jīng)過(guò)接近燃燒器47放置的隔膜51來(lái)測(cè)量風(fēng)扇7a、7b和燃燒室3之間的壓頭損失。
由此，通過(guò)如下方式保證焚燒爐裝置1在低速下的安全，即通過(guò)閉合第三和第四閥67和69并且打開(kāi)另一個(gè)閥75，以便在壓力傳感器65檢測(cè)到壓力太低時(shí)立即連通通風(fēng)口，并且由此空氣流太少而不能充分地稀釋輸送至焚燒爐1的氣體混合物，而不論混合物是否含有足夠的甲烷從而能夠在其中燃燒，或者僅僅是被稀釋。
類似地，可以通過(guò)如下方式保證高速下的安全，即閉合主回路53的第一和第二閥61和63并且打開(kāi)閥73，以便在火焰檢測(cè)器49沒(méi)有檢測(cè)到火焰時(shí)或者在壓力傳感器65檢測(cè)到風(fēng)扇7a、7b發(fā)生故障時(shí)立即連通通風(fēng)口，其中沒(méi)有檢測(cè)到火焰時(shí)會(huì)存在突然重新點(diǎn)火的風(fēng)險(xiǎn)，壓力傳感器65檢測(cè)到風(fēng)扇7a、7b發(fā)生故障時(shí)會(huì)存在排氣溫度太高的風(fēng)險(xiǎn)。
應(yīng)該注意到輔助回路55的最大流速可以通過(guò)特定壓縮或通過(guò)選擇第三和第四閥67和69的一部分來(lái)控制。由此可以保證甚至是在氣體混合物在進(jìn)入焚燒爐1的入口處就處于最大壓力的情況下時(shí)，燃燒室3中的稀釋速率可以保證點(diǎn)火器71對(duì)氣體混合物的重新點(diǎn)火不會(huì)存在危險(xiǎn)，如果混合物再次變成可燃的話。
與點(diǎn)火器71連接的輔助回路55充當(dāng)引燃火焰，即一旦被檢測(cè)器49啟動(dòng)并且檢測(cè)到，就用于通過(guò)打開(kāi)由閥61和63控制的主回路53對(duì)主火焰31進(jìn)行點(diǎn)火。
另外，在包括液化器的慢速柴油機(jī)船舶中，輔助回路55可以用于處理沒(méi)有液化的富含氮?dú)獾恼羝糠植⑶一氐焦拗?，其中這種處理借助于燃燒和稀釋。相反，當(dāng)焚燒爐1需要燃燒從船舶的罐中出來(lái)的一些或所有蒸汽時(shí)，主回路53僅僅在液化器發(fā)生故障時(shí)(或者在開(kāi)始或停止的瞬時(shí)操作期間)啟動(dòng)。
有利的是，焚燒爐裝置1包括緩沖罐81，其中，緩沖罐81經(jīng)過(guò)第五和第六閥83和85與燃?xì)夤芫€57連通以便控制它的壓力，或者經(jīng)由第三、第四和第五閥67、69和83與加熱器主體5連通用于減壓。這就可以使焚燒爐1處理的氣體流速瞬時(shí)衰減。
緩沖罐81可以由閥83進(jìn)行隔離，盡管它是從閥67和69的上游連接的。另外，緩沖罐81可以和放置在主和輔助回路53和55之間的閥85連接。這種配置使得可以不是在燃?xì)夤芫€57的最小和最大壓力值之間，而是在最大壓力和略微高于燃燒室3的壓力之間利用這種緩沖容量。
特別是對(duì)于使用氣體蒸汽用于推動(dòng)的船舶而言，燃?xì)夤芫€57中的額定狀態(tài)下的氣體流速通過(guò)為此目的提供的加壓和重新加熱系統(tǒng)(未顯示)來(lái)調(diào)節(jié)，以便滿足推動(dòng)船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)的要求并且使焚燒爐1處理的氣體流速減小至零。以便非常顯著地減小焚燒爐的電消耗，有利的是，能夠在沒(méi)有除去過(guò)量氣體蒸汽的系統(tǒng)額定狀態(tài)下停止風(fēng)扇7a和7b。在這種情況下，如果狀態(tài)突然改變，或者萬(wàn)一船舶的一個(gè)或多個(gè)推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止，就需要能夠吸收燃?xì)夤芫€57中的過(guò)量的天然氣蒸汽，以便防止它的壓力上升，在使風(fēng)扇7a和7b重新進(jìn)行操作的整個(gè)時(shí)間中，使壓力檢測(cè)器65檢測(cè)到足夠的壓力從而允許輔助回路55打開(kāi)，并且隨后火焰檢測(cè)器49檢測(cè)到火焰31并且允許主回路53打開(kāi)。
應(yīng)該注意到當(dāng)焚燒爐處于靜態(tài)時(shí)，風(fēng)扇7a、7b停止并且閥61、63、67和69閉合時(shí)，緩沖罐81處于接近大氣壓的壓力下。
然而，當(dāng)燃?xì)夤芫€57中的氣體壓力接近它的上限時(shí)，風(fēng)扇7a、7b起動(dòng)并且閥59和85打開(kāi)。因此，燃?xì)夤芫€57中提供的一部分氣體能夠通過(guò)緩沖罐81吸收，并且它的壓力逐漸上升至燃?xì)夤芫€57的壓力。
一旦風(fēng)扇7a、7b達(dá)到足夠的速度，壓力傳感器65控制的報(bào)警器就啟動(dòng)，輔助回路55的閥67和69可以打開(kāi)，并且點(diǎn)火器71啟動(dòng)。如果氣體甲烷的含量充足，那么它就開(kāi)始燃燒并且由火焰檢測(cè)器控制的另一個(gè)報(bào)警器可以啟動(dòng)，由此啟動(dòng)主回路53在閥61和63的控制下打開(kāi)。
因此，根據(jù)處理的氣體的流速，焚燒爐1能夠在滿功率下操作，以便使燃?xì)夤芫€57中的壓力保持在它的額定范圍內(nèi)。因此閥85可以關(guān)閉，啟動(dòng)罐81與燃?xì)夤芫€57隔離，同時(shí)保持與燃燒器57經(jīng)由輔助回路55連通，并且閥67、69和83保持打開(kāi)。
在對(duì)于燃燒器57適當(dāng)?shù)剡x取技術(shù)的條件下，可以在具有非常低的壓頭損失的情況下操作，通常小于10kPa。在這種情況下，緩沖罐81中吸收的氣體可以排出至燃燒器47，直到罐到達(dá)非常接近燃燒室3中的壓力為止，其中燃燒室3中的壓力本身就接近大氣壓。當(dāng)緩沖罐81中的壓力到達(dá)這個(gè)值時(shí)，閥67、69和83可以關(guān)閉并且緩沖罐81可以阻塞以便于再次使用，從而調(diào)節(jié)燃?xì)夤芫€57中的瞬時(shí)壓力。
應(yīng)該注意到緩沖罐81的處于燃?xì)夤芫€57的額定最大壓力和大氣壓之間的操作壓力范圍比現(xiàn)有技術(shù)中的罐(見(jiàn)圖3)的范圍大得多，現(xiàn)有技術(shù)中的僅僅在燃?xì)夤芫€的最小和最大壓力之間。
通常，燃?xì)夤芫€57中的額定壓力在0.6兆帕(MPa)和0.8MPa的范圍內(nèi)變化，而緩沖罐81的壓力可以在0.8MPa和大氣壓之間變化。由此可以看出，為了吸收給定量的氣體，緩沖罐81的體積大約為現(xiàn)有技術(shù)的罐的體積的四分之一，這在成本和尺寸大小方面具有非常重要的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)該注意到，為了避免輔助回路和主回路55和53或者緩沖罐81中混合物爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，可以裝配一些裝置，例如止回閥87或者惰性氣體噴射回路(未顯示)，例如用于噴射氮?dú)狻?br> 當(dāng)需要燃?xì)夤芫€57中的將被燃燒掉的過(guò)量氣體壓力過(guò)渡期已經(jīng)過(guò)去時(shí)，閥67、69和57可以關(guān)閉并且風(fēng)扇7a和7b可以再次關(guān)閉。因此可是使用小尺寸的緩沖罐81來(lái)調(diào)節(jié)氣體燃燒這一暫時(shí)現(xiàn)象，同時(shí)將風(fēng)扇7a、7b的電量消耗減小到最低。
圖2是裝了罐的船舶的高度概略的視圖，它包括液化氣罐91和圖1的用于燃燒從罐泄漏的蒸汽的焚燒爐裝置。
在此實(shí)例中，排氣煙囪11安裝在頂部甲板24a上，風(fēng)扇7a和7b安裝在船舶的底部甲板24c上。相反，燃燒室3、加熱器主體5和風(fēng)箱15都安裝在船舶的中間甲板24b上。
應(yīng)該注意到焚燒爐裝置也可以用在燃?xì)饨K端中。
權(quán)利要求
1.氣體焚燒爐裝置，包括具有用于產(chǎn)生燃燒氣體的加熱器主體(5)的燃燒室(3)，為加熱器主體(5)供給冷空氣(9)以保證燃燒的至少一個(gè)風(fēng)扇(7a、7b)，以及用于排出燃燒氣體和冷空氣的混合物(13)的排氣煙囪(11)，所述裝置的特征在于，燃燒室(3)在排氣煙囪(11)中的安裝方式如下，從而使燃燒室(3)和排氣煙囪(11)之間留下環(huán)狀風(fēng)道(21)以流過(guò)從所述至少一個(gè)風(fēng)扇(7a、7b)過(guò)來(lái)的燃燒冷空氣(9a)和/或冷卻空氣流，所述燃燒室(3)具有多個(gè)噴射孔和/或管(29a、29b)，用于使環(huán)狀風(fēng)道(21)中流動(dòng)的一部分冷空氣噴射到燃燒室中。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，排氣煙囪(11)固定至第一支件(23a)并且燃燒室(3)固定至第二支件(23b)。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，排氣煙囪(11)固定至第一支件(23a)，燃燒室(3)通過(guò)由環(huán)狀風(fēng)道(21)中的氣流冷卻的懸掛裝置(25)懸掛在排氣煙囪(11)中。
4.如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包括布置在燃燒室(3)上方的多個(gè)管(33)，并且借助于從所述至少一個(gè)風(fēng)扇(7a、7b)來(lái)的冷空氣生成的抽吸作用從外部輸送附加的冷空氣。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，它包括促使燃燒氣體和冷空氣混合的湍流器(35)，所述湍流器安裝在所述多個(gè)管(33)的一部分上。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，它包括至少第一水路(37)，第一水路(37)在它的端部具有容納在所述多個(gè)管(33)的至少一個(gè)管的內(nèi)部的第一噴霧嘴(39)，第一噴霧嘴將水噴射進(jìn)入燃燒氣體和冷空氣形成的混合物中。
7.如權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包括圍繞排氣煙囪(11)的頂部安裝并且通過(guò)吸入作用吸入另外的環(huán)境空氣流的附加的風(fēng)道(41)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，它包括至少一個(gè)第二水路(43)，第二水路(43)在它的端部具有容納在所述附加的風(fēng)道(41)內(nèi)部的第二噴霧嘴(45)。
9.如權(quán)利要求1至8任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，加熱器主體(5)由提供高流速的主回路(53)和提供低流速的輔助回路(55)獨(dú)立地供給氣體，主和輔助回路連接至燃?xì)夤芫€(57)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，主回路(53)由第一和第二閥(61、63)控制，如果所述至少一個(gè)風(fēng)扇(7a、7b)發(fā)生故障，該第一和第二閥就在壓力檢測(cè)器(65)的控制下關(guān)閉，或者如果不能點(diǎn)火，就通過(guò)火焰檢測(cè)器(49)關(guān)閉。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，輔助回路(55)由第三和第四閥(67、69)控制，如果所述至少一個(gè)風(fēng)扇(7a、7b)發(fā)生故障，第三和第四閥(67、69)就在壓力檢測(cè)器(65)的控制下關(guān)閉。
12.如權(quán)利要求1至11任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，它包括緩沖罐(81)，其中，緩沖罐(81)經(jīng)過(guò)第五和第六閥(83、85)與燃?xì)夤芫€(57)連通以便控制它的壓力，或者經(jīng)由第三、第四和第五閥(67、69、83)與加熱器主體(5)連通以用于減壓。
13.具有液化氣罐的運(yùn)輸船舶，所述船舶的特征在于它包括依照權(quán)利要求1至12任意一項(xiàng)所述的焚燒爐裝置。
14.一種燃?xì)饨K端，其特征在于，它包括依照權(quán)利要求1至12任意一項(xiàng)所述的焚燒爐裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣體焚燒爐裝置，它包括具有用于產(chǎn)生燃燒氣體的加熱器主體(5)的燃燒室(3)，為加熱器主體(5)供給冷空氣(9)以保證燃燒的至少一個(gè)風(fēng)扇(7a、7b)，以及用于排出燃燒氣體和冷空氣的混合物(13)的排氣煙囪(11)，裝置的特征在于，燃燒室(3)在排氣煙囪(11)中的安裝方式如下，從而使燃燒室(3)和排氣煙囪(11)之間留下環(huán)狀風(fēng)道(21)以流過(guò)從至少一個(gè)風(fēng)扇(7a、7b)過(guò)來(lái)的燃燒冷空氣(9a)和/或冷卻空氣流，所述燃燒室(3)具有多個(gè)噴射孔和/或管(29a、29b)，用于使環(huán)狀風(fēng)道(21)中流動(dòng)的一部分冷空氣噴射到燃燒室中。
文檔編號(hào)F23G5/24GK1807980SQ20061000623
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
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